Измерение силы постоянного электрического тока методом непосредственной оценки.

Прямые и косвенные измерения

Методические указания
к выполнению лабораторных работ

Составители:
К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов

Пенза

Издательство ПГУ

УДК 006 (075.32)

Р е ц е н з е н т

кандидат технических наук,
главный метролог ФГУП НИИЭМП

Г. А. Солодимова

Прямые и косвенные измерения : метод. указания к выполнению лаб. работ / сост.: К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. – 39 с.

Даны методические указания по проведению измерений и оцениванию погрешностей при прямых измерениях методом непосредственной оценки и методом сравнения, а также при косвенных измерениях.

Методические указания подготовлены на кафедре «Метрология и системы качества» и предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Метрология, стандартизация и сертификация», а также для студентов других специальностей, изучающих дисциплины, связанные с метрологией и техническими измерениями.

УДК 006 (075.32)

© ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа Л-02-1. ПРЯМЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ 4

Лабораторная работа Л-02-2. КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ 15

Литература 27

Приложение 1. Вывод формул для оценивания погрешности согласования при измерениях в цепях постоянного тока 28

Приложение 2. Характеристики компонентов модулей 31

Приложение 3. Характеристики аналоговых комбинированных приборов
при измерениях в цепях постоянного тока 32

Приложение 4. Характеристики калибратора П327 33

Приложение 5. Характеристики цифрового комбинированного
прибора Щ300 34

Приложение 6.Основные метрологические характеристики мультиметра

модели Yokogawa 7555 35

Приложение 7. Характеристики аналоговых комбинированных приборов
при измерениях в цепях переменного тока 37

Приложение 8. Характеристики аналогового электронного вольтметра
GVT-417B 38

Приложение 9. Вывод формулы для определения эквивалентной
емкости 39

Приложение 10. Правила округления и записи результатов измерений 40

Лабораторная работа Л-02-1

Прямые однократные измерения силы постоянного электрического тока и напряжения

Цели работы:приобретение навыков проведения прямых измерений силы тока и напряжения методом непосредственной оценки и методом сравнения; оценивание погрешностей измерений в нормальных условиях применения средств измерений.

Задачами данной лабораторной работы являются:

– изучение методов прямых измерений силы постоянного электрического тока и напряжения;

– выполнение измерений методом непосредственной оценки и методом сравнения;

– оценивание инструментальной составляющей погрешности измерения;

– оценивание погрешности согласования;

– введение поправки на погрешность согласования;

– запись результата измерения по стандартной форме.

Используемые средства измерений:

- аналоговый комбинированный прибор (тестер) типа Ц4340; Ц4342 и т.п.;

- цифровой комбинированный прибор (мультиметр) типа Щ300 или Yokogawa 7555;

- электромеханический милливольтметр или тестер;

- калибратор напряжения типа П327.

Вспомогательное оборудование:

- источник постоянного стабилизированного напряжения;

- модуль с резисторами.

Примечание: перед выполнением эксперимента электронные приборы необходимо прогреть в течение времени, указанного в описании прибора.

Общие сведения

Прямым измерением называется измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно по показанию средства измерений, градуированного в единицах измеряемой величины или путем сравнения данной величины с мерой этой величины. В первом случае измерение осуществляется методом непосредственной оценки, а во втором – методом сравнения.

Сила электрического тока и напряжение являются наиболее распространенными электрическими величинами, характеризующими электрические цепи, устройства и системы.

Для прямых измерений используют как аналоговые электромеханические приборы, так и цифровые приборы.

В том случае, когда необходимая точность может быть обеспечена приборами электромеханической группы, то следует предпочесть метод непосредственной оценки. При необходимости измерять с более высокой точностью следует обращаться к цифровым приборам или методам сравнения, обеспечивающим более высокую точность измерений.

В данной работе проводятся однократные прямые измерения электромеханическим аналоговым комбинированным прибором, цифровым комбинированным прибором и одним из методов сравнения (дифференциальным методом).

Согласно ГОСТ Р 8.563-2009 типичные составляющие погрешности измерений включают:

методические составляющие;

инструментальные составляющие;

погрешности, вносимые оператором (субъективные погрешности).

Инструментальные составляющие погрешности измерений включают:

основные погрешности и дополнительные статические погрешности средств измерений, вызываемые медленно изменяющимися внешними влияющими величинами;

погрешности, вызываемые взаимодействием средства измерений с объектом измерений (погрешности согласования);

другие составляющие.

В нормальных условиях при отсутствии методических погрешностей и погрешностей оператора погрешность измерений определяется как сумма основной погрешности и погрешности согласования. Пределы допускаемой основной погрешности определяются по классу точности прибора. Погрешность согласования имеет систематический характер. При измерениях электрических величин она может быть вычислена и исключена введением поправки к результату измерений.

При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с нагрузкой, т.е. в разрыв цепи, а при измерении напряжения вольтметр включают параллельно исследуемому участку цепи без нарушения схемы соединения (рисунок 1).

Рисунок 1. Измерение силы тока (а) и напряжения (б)

методом непосредственной оценки

На рисунке 1 амперметр представлен последовательным соединением идеального ( с точки зрения потребления энергии от объекта измерений) прибора А и его внутреннего сопротивления R_А. Аналогично, вольтметр представлен параллельным соединением идеального прибора V и его внутреннего сопротивления R_V.

Так как включение в цепь измерительного прибора вызывает изменение режима цепи, то для сведения к минимуму этого влияния внутреннее (входное) сопротивление амперметра R_А должно быть много меньше сопротивления нагрузки R_н, а внутреннее сопротивление вольтметра R_V должно быть много больше выходного сопротивления электрической цепи относительно входа вольтметра. В противном случае возникает так называемая погрешность согласования объекта измерений со средством измерений (или погрешность взаимодействия), которая может иногда значительно превышать основную погрешность средства измерений, определяемую по классу точности прибора. Всегда, когда это возможно, следует вводить поправку на погрешность согласования.

В Приложении 1 приведен вывод формул для оценивания погрешностей согласования при измерениях в цепях постоянного тока для трёх случаев:

- измерение силы тока;

- измерение напряжения источника постоянного тока с внутренним сопротивлением, отличным от 0;

- измерение падения напряжения на участке электрической цепи.

Порядок выполнения работы и методические указания

Подготовка к работе

2.1.1 Изучите по литературе или конспекту лекций методы измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.

2.1.2 Подготовьте ответы к тесту.

2.1.3 Пользуясь техническими описаниями приборов, выпишите их основные метрологические характеристики при измерении тока и напряжения и подготовьте приборы к работе.

Измерение силы постоянного электрического тока методом непосредственной оценки.

Схема эксперимента для измерения силы тока приведены на рисунке 2.

Источник постоянного напряжения ИПС-1 имеет встроенный вольтметр для контроля выходного напряжения, регулируемого в диапазоне от 1 до 15 В. Нагрузка источника напряжения – модуль, состоящий из двух резисторов, номинальные сопротивления которых R₁ и R₂ приведены в Приложении 2.

По заданному значению напряжения U =15 В, пользуясь номинальными значениями сопротивлений R₁ и R₂, рассчитайте приближенное значение тока в цепи:

Установите на тестере предел измерений ближайший к I_x, но больший по значению: .

Соберите схему эксперимента (рисунок 2), соблюдая полярность.

Включите источник ИПС-1 и выставите по его встроенному вольтметру напряжение 15 В.

Произведите отсчёт α показаний прибора в делениях.

Определите цену деления С_А:

,

где ‑ конечная отметка шкалы (в делениях).

Переведите отсчёт α в показания прибора в единицах измеряемой величины:

Рассчитайте значение абсолютной погрешности согласования «объект-прибор»:

,

где ‑ сопротивление цепи относительно зажимов прибора; при последовательном соединении двух резисторов модуля R=R₁ + R₂.

Внутреннее сопротивление комбинированного прибора определяется по паспортным данным прибора (см. Приложение 3) или по данным, приведённым на его оборотной стороне:

где - напряжение на зажимах прибора при протекании по нему тока, равного используемому пределу измерений (обычно от 75 мВ до 0,5 В, в зависимости от типа прибора).

Рассчитайте погрешность согласования .

Определите пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений тока по классу точности прибора. Класс точности указывает пределы допускаемой основной приведенной погрешности γ, выраженной в процентах, т.е. если на передней панели класс точности обозначается как 1,0 (обычно в левом нижнем углу), то γ= ±1,0%.

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности связаны с γ следующим выражением (без учета знака):

Пределы допускаемой относительной погрешности определяется по формуле:

Сравните основную погрешность и погрешность согласования. В том случае, когда погрешность в пять (и более) раз больше e_согл, то погрешностью согласования пренебрегают. В противном случае вносят поправку на погрешность согласования и определяют исправленное значение результата измерения силы тока в цепи:

.

Запишите результат измерения в виде:

или в виде интервала:

,

где ‑ нижняя и верхняя границы интервала, в пределах которого находится действительное значение измеряемой силы тока, т.е.

При записи результата измерений значение погрешности измерений указывают не более чем с двумя значащими цифрами (Приложение 10). Числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что погрешность измерений.

Если оценка погрешности измерения производится по пределам допускаемой основной абсолютной погрешности, то вероятность попадания в интервал равна 1.

Стандартная запись результата измерения имеет вид:

.

При расчёте погрешности по классу точности вероятность Р = 1, и значение вероятности в записи результата не приводят. Рекомендуется помимо пределов допускаемой абсолютной погрешности указывать также и пределы допускаемой относительной погрешности δ.

При разработке методик выполнения прямых измерений указывают также характеристики неопределенности по Р 50.2.038-2004.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: